Nanozarah. Lihat apa "nanopartikel" dalam kamus lain

Abstrak: Sifat nanozarah

Kementerian Sains dan Pendidikan Persekutuan Rusia

Institusi pendidikan negeri

pendidikan profesional yang lebih tinggi

Universiti Terbuka Negeri Moscow (MSOU)

Jabatan Teknologi Kimia Pemprosesan Bahan Polimer

dan bahan organik

Kerja kursus dalam disiplin

"Teknologi nano"

Sifat nanozarah

Disembahkan oleh pelajar Efimova L.A.

Fakulti Teknologi Kimia

Kursus 4

Keistimewaan 240502 “Teknologi pemprosesan plastik

dan elastomer"

Kod 405269

Disemak oleh Doktor Sains Teknikal, Profesor

pekerja yang dihormati sekolah Menengah RF Sheverdyaev O.N.

Moscow 2009

pengenalan

1. Sejarah

2. Definisi

3. Pengelasan objek nano

4. Sifat-sifat nanozarah

4.1 Perak

4.2 Zink oksida

4.3 Silikon dioksida

5. Beberapa kemajuan berdasarkan nanozarah

5.1 Bahan Nano

5.2 Nanohablur

5.3 Perubatan nano dan industri kimia

5.4 Komputer dan mikroelektronik

5.5 Robotik

kesusasteraan

pengenalan

Bidang nanoteknologi dianggap di seluruh dunia sebagai topik utama untuk teknologi abad ke-21. Kemungkinan aplikasi serba boleh mereka dalam bidang ekonomi seperti pengeluaran semikonduktor, perubatan, teknologi sensor, ekologi, automotif, bahan binaan, bioteknologi, kimia, penerbangan dan angkasawan, kejuruteraan mekanikal dan industri tekstil, membawa potensi pertumbuhan yang sangat besar. Penggunaan produk nanoteknologi akan menjimatkan bahan mentah dan penggunaan tenaga, mengurangkan pelepasan ke atmosfera dan seterusnya menyumbang kepada pembangunan mampan ekonomi.

Di satu pihak, nanoteknologi telah menemui bidang aplikasi, sebaliknya, ia kekal sebagai bidang fiksyen sains untuk majoriti penduduk. Kepentingan nanoteknologi hanya akan berkembang pada masa hadapan. DALAM kawasan khusus ini akan membangkitkan minat dan merangsang kerja penyelidikan dan pembangunan, serta berusaha untuk mencari bidang baru aplikasi teknologi nano.

Kerja kursus ini mengkaji beberapa sifat zarah nano pelbagai unsur kimia dan hubungan mereka. Beberapa kemajuan berdasarkan nanopartikel dibentangkan.

1. Sejarah

Banyak sumber, terutamanya dalam bahasa Inggeris, mengaitkan sebutan pertama kaedah yang kemudiannya dipanggil nanoteknologi dengan persembahan terkenal Richard Feynman "Terdapat banyak ruang di bawah sana."(Bahasa Inggeris) « di sana’ s banyak daripada Bilik di yang Bawah» ), dibuat olehnya pada tahun 1959 di California Institut Teknologi pada mesyuarat tahunan Persatuan Fizikal Amerika. Richard Feynman mencadangkan bahawa adalah mungkin untuk menggerakkan atom tunggal secara mekanikal menggunakan manipulator dengan saiz yang sesuai, sekurang-kurangnya proses sedemikian tidak akan bercanggah dengan undang-undang fizik yang diketahui hari ini.

Dia mencadangkan melakukan manipulator ini dengan cara berikut. Ia adalah perlu untuk membina mekanisme yang akan mencipta salinan dirinya sendiri, hanya susunan magnitud yang lebih kecil. Mekanisme yang lebih kecil yang dicipta mesti sekali lagi mencipta salinan dirinya, sekali lagi susunan magnitud yang lebih kecil, dan seterusnya sehingga dimensi mekanisme itu sepadan dengan dimensi susunan satu atom. Dalam kes ini, adalah perlu untuk membuat perubahan dalam struktur mekanisme ini, kerana daya graviti yang bertindak dalam makrokosmos akan mempunyai pengaruh yang semakin kurang, dan daya interaksi antara molekul dan daya van der Waals akan semakin mempengaruhi operasi mekanisme tersebut. Peringkat terakhir - mekanisme yang terhasil akan memasang salinannya daripada atom individu. Pada dasarnya, bilangan salinan sedemikian adalah tidak terhad; Mesin ini akan dapat memasang makro-benda dengan cara yang sama, dengan pemasangan atom. Ini akan menjadikan perkara lebih murah - robot tersebut (nanorobots) perlu diberikan hanya bilangan molekul dan tenaga yang diperlukan, dan tulis program untuk memasang item yang diperlukan. Setakat ini, tiada siapa yang dapat menyangkal kemungkinan ini, tetapi masih belum ada yang berjaya mencipta mekanisme sedemikian. Kelemahan asas robot sedemikian adalah kemustahilan untuk mencipta mekanisme dari satu atom.

semasa penyelidikan teori Memandangkan kemungkinan ini, senario kiamat hipotetikal telah muncul, yang mencadangkan bahawa nanorobots akan menyerap semua biojisim Bumi, menjalankan program pembiakan diri mereka (yang dipanggil "grey goo" atau "grey goo").

Andaian pertama tentang kemungkinan mengkaji objek di peringkat atom boleh didapati dalam buku "Opticks" oleh Isaac Newton, diterbitkan pada tahun 1704. Dalam buku itu, Newton menyatakan harapannya bahawa mikroskop masa depan akan dapat menerokai "misteri corpuscles."

Istilah "teknologi nano" pertama kali digunakan oleh Norio Taniguchi pada tahun 1974. Beliau menggunakan istilah ini untuk menerangkan pengeluaran produk dalam saiz beberapa nanometer. Pada 1980-an, Eric K. Drexler menggunakan istilah itu dalam bukunya: "Mesin Penciptaan: Zaman Nanoteknologi Akan Datang" ("Enjin Penciptaan: Era Nanoteknologi Akan Datang") Dan "Nanosystems: Jentera Molekul, Pembuatan dan Pengiraan". Lokasi pusat Penyelidikannya melibatkan pengiraan matematik, dengan bantuan yang mungkin untuk menganalisis operasi peranti bersaiz beberapa nanometer.

2. Definisi

Aliran moden ke arah pengecilan telah menunjukkan bahawa bahan boleh mempunyai sifat baru sepenuhnya jika anda mengambil zarah yang sangat kecil bahan ini. Zarah yang bersaiz antara 1 hingga 100 nanometer biasanya dipanggil zarah nano .


3. Pengelasan objek nano

Nanoobjek dibahagikan kepada 3 kelas utama:

Zarah tiga dimensi yang diperolehi oleh letupan konduktor, sintesis plasma, pengurangan filem nipis dan lain-lain;

Objek dua dimensi - filem yang dihasilkan oleh pemendapan molekul, CVD, ALD, pemendapan ion, dsb.;

Objek satu dimensi adalah kumis; objek ini diperoleh dengan kaedah pelapisan molekul, memasukkan bahan ke dalam mikropori silinder, dsb.

Terdapat juga nanokomposit - bahan yang diperoleh dengan memasukkan nanozarah ke dalam mana-mana matriks. Pada masa ini, hanya kaedah mikrolitografi telah digunakan secara meluas, menjadikannya mungkin untuk mendapatkan objek pulau rata dengan saiz 50 nm pada permukaan matriks; Kaedah CVD dan ALD digunakan terutamanya untuk mencipta filem mikron. Kaedah lain digunakan terutamanya dalam tujuan saintifik. Terutama yang patut diberi perhatian ialah kaedah pelapisan ionik dan molekul, kerana dengan bantuan mereka adalah mungkin untuk membuat lapisan tunggal sebenar.

4. Sifat-sifat nanozarah

Perubahan paling dramatik dalam sifat bahan nano dan zarah nano berlaku dalam julat saiz kristal tertib 10..100 nm. asas sebab fizikal Ini boleh digambarkan dalam Rajah 1.

Bagi zarah nano, pecahan atom yang terletak dalam lapisan permukaan nipis (~ 1 nm) meningkat dengan ketara berbanding dengan zarah mikro.

Sebagai contoh, ternyata nanopartikel beberapa bahan mempunyai sangat baik pemangkin Dan penjerapan harta benda. Bahan lain menunjukkan menakjubkan optik sifat, contohnya, filem ultra-nipis bahan organik digunakan untuk menghasilkan sel suria. Bateri sedemikian, walaupun ia mempunyai kecekapan kuantum yang agak rendah, adalah lebih murah dan boleh fleksibel secara mekanikal. Berurusan untuk mencapai interaksi nanopartikel tiruan Dengan objek semula jadi bersaiz nano - protein, asid nukleik, dll. Dimurnikan dengan teliti, zarah nano boleh menyelaraskan diri ke dalam struktur tertentu. Struktur ini mengandungi nanopartikel yang dipesan dengan ketat dan juga sering mempamerkan sifat luar biasa.

nasi. 1. Sebab fizikal utama bagi kekhususan zarah nano (bahan nano).

4.1 Perak

Sifat nanopartikel perak benar-benar unik. Pertama, mereka mempunyai fenomenal membasmi kuman Dan aktiviti antivirus . Manusia telah mengetahui tentang sifat antimikrob yang wujud dalam ion perak untuk masa yang sangat lama. Sudah tentu, ramai yang telah mendengar tentang kebolehan penyembuhan "air suci" gereja, yang diperoleh dengan menyalurkan air biasa melalui penapis perak. Air sedemikian tidak mengandungi banyak bakteria patogen yang mungkin terdapat dalam air biasa. Oleh itu, ia boleh disimpan selama bertahun-tahun tanpa rosak atau "mekar." DALAM latihan perubatan Kadang-kadang air "perak" ditetapkan untuk merawat luka, ulser, dan penyakit pundi kencing. Di samping itu, air tersebut mengandungi kepekatan ion perak tertentu yang boleh meneutralkan bakteria berbahaya dan mikroorganisma, yang menerangkan kesan baiknya terhadap kesihatan manusia. Telah terbukti bahawa nanopartikel perak adalah beribu-ribu kali lebih berkesan dalam memerangi bakteria dan virus daripada ion perak. Seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen, kepekatan nanopartikel perak yang tidak ketara memusnahkan semua mikroorganisma yang diketahui (termasuk virus AIDS) tanpa dimakan (Rajah 2).

nasi. 2. Virus menyerang sel.

Di samping itu, tidak seperti antibiotik, yang membunuh bukan sahaja virus berbahaya, tetapi juga sel-sel yang terjejas olehnya, tindakan nanopartikel sangat selektif: mereka bertindak hanya pada virus, tanpa merosakkan sel! Pada masa ini, penyelidikan sedang dijalankan ke dalam kemungkinan menggunakan nanopartikel perak dalam farmaseutikal. Tetapi kini mereka mendapati aplikasi yang agak luas.

Sebagai contoh, ubat gigi dengan nanopartikel perak sedang dihasilkan, yang bukan sahaja membersihkan gigi, tetapi juga berkesan melindungi daripada pelbagai jangkitan. Juga, kepekatan kecil nanopartikel perak ditambah kepada beberapa krim daripada siri kosmetik "elit" untuk mengelakkannya daripada merosot semasa digunakan. Aditif berasaskan nanopartikel perak digunakan sebagai pengawet anti-alahan dalam krim, syampu, produk solek, dll. Apabila digunakan, kesan anti-radang dan penyembuhan juga diperhatikan.

Fabrik tekstil yang mengandungi nanopartikel perak mempunyai sifat pembasmian kuman sendiri. Kain sedemikian sangat diperlukan untuk gaun perubatan, linen katil, dll.

Nanozarah mampu mengekalkan sifat bakteria untuk masa yang lama selepas digunakan pada banyak permukaan keras (kaca, kayu, kertas, seramik, oksida logam, dll.). Ini memungkinkan untuk mencipta aerosol pembasmi kuman yang sangat berkesan dan tahan lama untuk kegunaan isi rumah. Tidak seperti peluntur, asid karbolik dan pembasmi kuman kimia lain, aerosol berasaskan nanopartikel tidak toksik dan tidak membahayakan kesihatan manusia dan haiwan.

Jika anda menambah nanopartikel perak untuk mengecat bahan yang menutupi dinding bangunan, maka kebanyakan mikroorganisma patogen tidak boleh hidup di dinding dan siling yang dicat dengan cat sedemikian. Penambahan nanopartikel perak pada penapis air karbon dengan ketara meningkatkan hayat perkhidmatan penapis tersebut, dan kualiti penulenan air meningkat mengikut urutan magnitud.

Selain sifat pembasmian kuman, nanopartikel perak juga mempunyai kekonduksian elektrik yang tinggi , membolehkan penciptaan pelbagai pelekat konduktif. Gam konduktif boleh digunakan, contohnya, dalam mikroelektronik untuk menyambung bahagian elektronik yang kecil.

Oleh itu, nanopartikel perak yang kecil, tidak kelihatan, mesra alam boleh digunakan di mana-mana yang diperlukan untuk memastikan kebersihan dan kebersihan: daripada kosmetik kepada penyahcemaran instrumen atau premis pembedahan.

4.2 Zink oksida

Nanopartikel zink oksida juga mempunyai beberapa sifat unik(termasuk membasmi kuman ), di antaranya kebolehan adalah kepentingan tertentu menyerap spektrum sinaran elektromagnet yang luas , termasuk ultraungu, inframerah, gelombang mikro dan frekuensi radio.

Zarah sedemikian boleh berfungsi, sebagai contoh, untuk melindungi daripada sinaran UV, memberikan fungsi baharu kepada cermin mata, plastik, cat, gentian sintetik, dsb. Zarah ini juga boleh digunakan untuk menyediakan pelindung matahari, salap dan persediaan lain, kerana ia selamat untuk manusia dan tidak merengsakan kulit (Rajah 3).

Keupayaan zarah zink oksida untuk menyerakkan gelombang elektromagnet boleh digunakan dalam fabrik pakaian untuk memberikan mereka sifat halimunan dalam julat inframerah disebabkan oleh penyerapan yang dipancarkan. badan manusia haba. Ini memungkinkan untuk menghasilkan penyamaran yang tidak kelihatan dalam julat frekuensi yang luas - dari radio hingga ultraviolet. Pakaian sedemikian tidak boleh digantikan dalam operasi ketenteraan atau anti-pengganas, kerana ia membolehkan anda mendekati musuh tanpa risiko disedari oleh peranti penglihatan malam.

nasi. 3. Nanozarah zink oksida ketulenan tinggi bertujuan untuk digunakan dalam elektronik, pemangkin, produk perubatan, produk penjagaan diri.

4.3 Silikon dioksida

Nanozarah silikon dioksida (SiO 2) mempunyai sifat yang menakjubkan: jika ia digunakan pada sebarang bahan, ia melekat pada molekulnya dan membenarkan permukaan menolak kotoran dan air . Salutan nano pembersihan sendiri berdasarkan zarah ini melindungi kaca, jubin, kayu, batu, dll. Zarah-zarah kotoran tidak boleh melekat atau menembusi ke dalam permukaan yang dilindungi, dan air dengan mudah mengalir daripadanya, membawa apa-apa bahan cemar (Gamb. 4).

nasi. 4. Prinsip operasi salutan nano pembersihan diri.

Fabrik, selepas salutan, membenarkan udara melaluinya dengan bebas, tetapi tidak membenarkan kelembapan melaluinya. Anda boleh melupakan kotoran degil dari kopi, gris, kotoran, dll. Salutan tahan geseran, fleksibel, dan tidak merosot daripada cahaya matahari, suhu dan pencucian.

5. Beberapa kemajuan berdasarkan nanozarah

5.1 Bahan Nano

Bahan yang dibangunkan berdasarkan nanopartikel dengan ciri unik yang timbul daripada saiz mikroskopik komponen mereka.

Karbon nanotiub - struktur silinder lanjutan dengan diameter dari satu hingga beberapa puluh nanometer dan panjang sehingga beberapa sentimeter, terdiri daripada satu atau beberapa satah grafit heksagon (graphenes) yang digulung ke dalam tiub dan biasanya berakhir dengan kepala hemisfera.

Fullerenes - sebatian molekul yang tergolong dalam kelas bentuk alotropik karbon (yang lain ialah berlian, karbin dan grafit) dan polihedra tertutup cembung yang terdiri daripada nombor genap atom karbon trikoordinat.

Graphene - lapisan tunggal atom karbon diperolehi pada Oktober 2004 di Universiti Manchester ( Universiti Dari Manchester). Graphene boleh digunakan sebagai pengesan molekul (NO 2), membolehkan ketibaan dan pemergian molekul tunggal dikesan. Graphene mempunyai mobiliti tinggi di suhu bilik, disebabkan itu, sebaik sahaja masalah pembentukan jurang jalur dalam semimetal ini diselesaikan, graphene sedang dibincangkan sebagai bahan yang menjanjikan yang akan menggantikan silikon dalam litar bersepadu.

5.2 Nanohablur

Bateri nano - pada awal tahun 2005, Altair Nanotechnologies (USA) mengumumkan penciptaan bahan nanoteknologi inovatif untuk elektrod bateri litium-ion. Bateri dengan elektrod Li 4 Ti 5 O 12 mempunyai masa pengecasan selama 10-15 minit. Pada Februari 2006, syarikat itu mula mengeluarkan bateri di kilang Indiananya. Pada Mac 2006, Altairnano dan Boshart Engineering telah menandatangani perjanjian untuk bersama-sama membangunkan kenderaan elektrik. Pada Mei 2006, ujian bateri nano kereta telah berjaya diselesaikan. Pada Julai 2006, Altair Nanotechnologies menerima tempahan pertamanya untuk membekalkan bateri litium-ion untuk kenderaan elektrik.

5.3 Perubatan nano dan industri kimia

Arah ke ubatan moden berdasarkan penggunaan sifat unik bahan nano dan objek nano untuk penjejakan, reka bentuk dan pengubahsuaian sistem biologi manusia pada tahap nanomolekul.

nanoteknologi DNA - menggunakan asas khusus molekul DNA dan asid nukleik untuk mencipta struktur yang jelas berdasarkannya.

Sintesis industri molekul ubat dan persediaan farmakologi dalam bentuk yang jelas (bis-peptida).

5.4 Komputer dan mikroelektronik

Unit pemprosesan pusat - Pada 15 Oktober 2007, Intel mengumumkan pembangunan prototaip pemproses baharu yang mengandungi elemen struktur terkecil berukuran kira-kira 45 nm. Pada masa akan datang, syarikat itu berhasrat untuk mencapai saiz elemen struktur sehingga 5 nm. Pesaing utama Intel, AMD, juga telah lama menggunakan proses nanoteknologi yang dibangunkan bersama IBM untuk menghasilkan pemprosesnya. Perbezaan ciri daripada perkembangan Intel ialah penggunaan lapisan SOI penebat tambahan, yang menghalang kebocoran semasa akibat penebat tambahan struktur yang membentuk transistor. Terdapat sampel pemproses yang berfungsi dengan transistor 45 nm dan prototaip dengan 32 nm.

Cakera keras - pada tahun 2007, Peter Grunberg dan Albert Furth menerima Hadiah Nobel dalam Fizik untuk penemuan kesan GMR, yang membolehkan data direkodkan pada cakera keras dengan ketumpatan maklumat atom.

Mikroskop daya atom - mengimbas mikroskop kuar resolusi tinggi, berdasarkan interaksi jarum julur (probe) dengan permukaan sampel yang dikaji. Lazimnya, interaksi merujuk kepada tarikan atau tolakan julur dari permukaan akibat daya van der Waals. Tetapi apabila menggunakan julur khas, adalah mungkin untuk mengkaji elektrik dan sifat magnetik permukaan. Tidak seperti mengimbas mikroskop terowong(STM), boleh memeriksa kedua-dua permukaan pengalir dan bukan pengalir walaupun melalui lapisan cecair, yang membolehkan anda bekerja dengan molekul organik (DNA). Resolusi spatial mikroskop daya atom bergantung pada saiz julur dan kelengkungan hujungnya. Resolusi mencapai atom secara mendatar dan ketara melebihinya secara menegak.

Antena pengayun - Pada 9 Februari 2005, antena pengayun dengan dimensi kira-kira 1 mikron telah diperolehi di makmal Universiti Boston. Peranti ini mempunyai 5,000 juta atom dan mampu berayun pada frekuensi 1.49 gigahertz, yang membolehkan ia menghantar sejumlah besar maklumat.

Plasmon - getaran kolektif elektron bebas dalam logam. Ciri khas pengujaan plasmon boleh dianggap sebagai resonans plasmon, yang pertama kali diramalkan oleh Mie pada awal abad ke-20. Panjang gelombang resonans plasmon, sebagai contoh, untuk zarah perak sfera dengan diameter 50 nm adalah lebih kurang 400 nm, yang menunjukkan kemungkinan merekodkan nanozarah jauh melebihi had pembelauan (panjang gelombang sinaran adalah banyak lebih banyak saiz zarah). Pada awal tahun 2000, berkat kemajuan pesat dalam teknologi pembuatan zarah bersaiz nano, dorongan telah diberikan kepada pembangunan kawasan baru nanoteknologi - nanoplasmonik. Ternyata mungkin untuk menghantar sinaran elektromagnet di sepanjang rantaian nanozarah logam menggunakan pengujaan ayunan plasmon.

5.5 Robotik

Pemutar molekul - enjin skala nano sintetik mampu menjana tork apabila tenaga yang mencukupi digunakan padanya.

Nanorobots - robot yang dicipta daripada bahan nano dan saiz yang setanding dengan molekul, dengan fungsi pergerakan, pemprosesan dan penghantaran maklumat, dan pelaksanaan program. Nanorobots yang mampu mencipta salinan diri mereka sendiri, iaitu, pembiakan sendiri, dipanggil replikator. Kemungkinan mencipta nanorobots telah dibincangkan dalam bukunya "Machines of Creation" oleh saintis Amerika Eric Drexler. Isu pembangunan nanorobots dan komponennya dibincangkan pada persidangan antarabangsa khusus.

Kipas molekul - molekul bersaiz nano dalam bentuk skru, mampu melakukan pergerakan putaran kerana mereka bentuk khas, serupa dengan bentuk skru makroskopik.

Sejak tahun 2006, dalam rangka projek RoboCup (kejohanan bola sepak di kalangan robot), pencalonan "Pertandingan Nanogram" telah muncul, di mana padang permainan adalah persegi dengan sisi 2.5 mm. Saiz pemain maksimum adalah terhad kepada 300 mikron.

kesusasteraan

1. www.olymp.ifmo.ru.

Definisi nanozarah

Istilah nanopartikel atau zarah bersaiz nano dengan kukuh memasuki leksikon saintifik kira-kira 20 tahun yang lalu, tetapi kriteria skala nano masih menjadi subjek perbincangan saintifik banyak.

Objek nano ialah objek fizikal penyelidikan (dan pembangunan), yang dimensinya biasanya diukur dalam nanometer.

Nanoteknologi memperkatakan kedua-dua objek nano individu dan bahan berdasarkannya, serta proses di peringkat nano. Bahan nano termasuk bahan seperti ciri fizikal yang ditentukan oleh objek nano yang terkandung di dalamnya.

Bahan nano dibahagikan kepada bahan padat dan penyebaran nano; Yang pertama termasuk bahan yang dipanggil "berstruktur nano", i.e. bahan yang bersifat isotropik dalam komposisi makro, unsur berulang, strukturnya adalah kumpulan (kawasan) yang mempunyai dimensi beberapa nanometer, kadangkala berpuluh nanometer atau lebih; dengan kata lain, bahan berstruktur nano terdiri daripada objek nano yang bersentuhan secara langsung antara satu sama lain. Sebaliknya, penyebaran nano terdiri daripada medium penyebaran (vakum, gas, cecair atau padu), di mana objek nano yang diasingkan antara satu sama lain diedarkan. Jarak antara objek nano dalam penyebaran nano boleh berbeza dalam julat yang agak luas daripada berpuluh nanometer hingga pecahan nanometer; dalam kes kedua, kita berurusan dengan serbuk nano, di mana objek nano dipisahkan oleh lapisan nipis (selalunya monoatomik) atom cahaya yang menghalang penggumpalan mereka.

Nanozarah ialah objek nano separa-sifar dimensi di mana semua dimensi linear ciri mempunyai susunan magnitud yang sama; Sebagai peraturan, nanopartikel mempunyai bentuk sferoid; Jika zarah nano mempamerkan susunan atom (atau ion) tersusun yang jelas, maka zarah nano tersebut dipanggil nanokristalit. Nanozarah dengan sistem tahap tenaga diskret yang jelas sering dipanggil "titik kuantum" atau "atom buatan"; selalunya mereka mempunyai komposisi bahan semikonduktor biasa.

Pengelasan zarah nano

Menurut konvensyen antarabangsa IUPAC, saiz mengehadkan (maksimum) nanozarah sepadan dengan 100 nm, walaupun nilai ini adalah sewenang-wenangnya dan hanya perlu untuk pengelasan formal. Terdapat dua jenis nanopartikel: nanocluster, atau nanocrystals, dan nanopartikel itu sendiri. Jenis pertama termasuk zarah struktur tersusun (selalunya centrosymmetric) dengan saiz 1×5 nm, mengandungi sehingga 1000 atom, jenis kedua termasuk nanopartikel dengan saiz 5×100 nm, terdiri daripada 103×108 atom. Zarah berfilamen dan seperti plat boleh mengandungi banyak Kuantiti yang besar atom dan mempunyai satu atau dua saiz linear yang melebihi nilai ambang, tetapi sifatnya dalam arah tertentu kekal sebagai ciri bahan dalam keadaan nanohabluran. Jika nanopartikel mempunyai bentuk kompleks dan struktur, maka bukan saiz linear zarah secara keseluruhan yang dianggap sebagai ciri, tetapi saiz unsur strukturnya. Zarah sedemikian biasanya dipanggil struktur nano, dan dimensi linearnya boleh melebihi 100 nm dengan ketara.

Perbezaan dalam saiz linear nanozarah menjadikannya dinasihatkan untuk membahagikannya kepada sifar, satu, dua dan tiga dimensi (masing-masing 0D, 1D, 2D dan 3D nanozarah). Struktur nano dimensi sifar termasuk kelompok bebas dan stabil, fullerene dan endofullerena, dan titik kuantum. Kelas struktur nano satu dimensi diwakili oleh pelbagai objek nano yang jauh lebih besar: ini adalah nanorod, benang nano (kumis), tiub nano dan reben nano. Struktur nano dua dimensi termasuk filem nipis sehingga ratusan nanometer tebal, heterostruktur, filem Langmuir-Blodgett, nanoplat, penjerapan dan monolayer dipasang sendiri, serta tatasusunan dua dimensi objek yang saiznya berada dalam julat nanometer. Kelas struktur nano tiga dimensi harus memasukkan kedua-dua zarah nano sendiri dan zarah nano dalam cangkerang, serta komposit nano dan tatasusunan tersusun sendiri tiga dimensi bagi objek nano. Selain itu, komposit itu sendiri boleh termasuk objek sifar, satu dan dua dimensi, iaitu, ia boleh menjadi tatasusunan titik kuantum, filamen, filem berbilang lapisan atau sebatian berlapis, serta pelbagai gabungan jenis struktur nano ini. Pada skala nano, ternyata mungkin untuk kewujudan struktur dimensi pertengahan, yang dipanggil. fraktal dan dendrimer yang mempunyai persamaan diri dan sebelum ini hanya dianggap sebagai model matematik.

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, usaha hebat oleh penyelidik telah bertujuan untuk mendapatkan nanozarah bentuk dan saiz yang telah ditetapkan, dan oleh itu mempunyai sifat fizikokimia tertentu - banyak pendekatan sintetik yang berbeza telah diterangkan, setiap satunya mempunyai kelebihan tersendiri, tetapi juga bukan tanpa kelemahan tertentu. . Hari ini, semua kaedah untuk menghasilkan bahan nano dibahagikan kepada dua kumpulan besar mengikut jenis pembentukan struktur nano: kaedah bottom-up? (?Bottomup?) dicirikan oleh pertumbuhan nanozarah atau pemasangan nanozarah daripada atom individu; dan kaedahnya dari atas ke bawah? (?Atas-bawah?) adalah berdasarkan?menghancurkan? zarah sehingga saiz nano.

Nanoteknologi [Sains, Inovasi dan Peluang] Foster Lynn

13.2.1. Penggunaan zarah nano

13.2.1. Penggunaan zarah nano

Ramai pembaca mungkin ingat bahawa beberapa tahun yang lalu, pelindung matahari adalah salap putih susu legap, warnanya dijelaskan oleh kehadiran zarah mikron zink oksida di dalamnya, yang menyerap bahagian ultraviolet sinaran suria yang berbahaya kepada kulit. Krim lutsinar kini dihasilkan yang lebih mudah dan menarik kepada pengguna. Kejayaan komersil persediaan kosmetik baru dijelaskan oleh fakta bahawa ia mengandungi zarah zink oksida yang sama, tetapi dihancurkan kepada saiz nanometrik. Zarah seperti itu masih melaluinya paling cahaya matahari, tetapi mengekalkan keupayaan untuk menyerap gelombang berbahaya di kawasan UV spektrum. Kemudian, nanopartikel pewarna putih lain yang terkenal (titanium dioksida) mula digunakan untuk tujuan yang sama, iaitu, hanya menggantikan zarah mikron dengan nanometrik yang memungkinkan untuk mencipta produk komersial yang baru dan sangat berjaya dalam industri kosmetik.

Mengubah sifat zarah titanium dioksida membolehkan mereka mencari satu lagi aplikasi teknikal penting dalam apa yang dipanggil pemekaan pewarna bahan kerja sel solar. Kecekapan penukaran cahaya oleh bateri sedemikian ditentukan terutamanya oleh keupayaan zarah bahan untuk menyerap sinaran suria. Telah didapati bahawa nanozarah titanium dioksida, kerana jumlah kawasannya yang sangat besar, menyerap cahaya beribu-ribu kali (!) lebih kuat daripada kristal pukal konvensional dengan komposisi yang sama, apatah lagi fakta bahawa sel solar dengan pemekaan pewarna ternyata menjadi jauh lebih murah untuk dihasilkan daripada peranti berasaskan silikon fotovoltaik yang diketahui. Kini bahan nano jenis ini semakin digunakan dalam industri, buktinya ialah organisasi pengeluaran perindustrian mereka di Australia (2001).

Satu lagi pasaran komersial yang sangat penting untuk nanozarah adalah dalam teknologi semikonduktor. Kita bercakap tentang proses apa yang dipanggil chemical mechanical planarization (CMP) dalam pengeluaran cip (microcircuits), apabila komponen yang diperlukan digunakan pada permukaan wafer yang sedang diproses di beberapa titik, yang kemudiannya "dioleskan" permukaan ini dalam lapisan sekata dengan kejituan hampir atom. Memproses permukaan kristal yang besar (sehingga 300 mm) dengan ketepatan yang luar biasa adalah masalah teknikal yang sangat kompleks yang tidak dapat diselesaikan kaedah sedia ada! Dalam kaedah baharu, penggantungan zarah nano digunakan pada permukaan peranti, yang kemudiannya digunakan dalam proses gabungan penyingkiran kimia dan geseran mekanikal, menyebabkan permukaan "digilap" dengan ketepatan atom. Proses ini telah terbukti sangat berkesan menggunakan zarah nano daripada banyak bahan semikonduktor biasa (aluminium oksida, silikon oksida, serium oksida), dan sebagai hasilnya, pasaran CMP telah berkembang daripada $250 juta pada tahun 1996 kepada hampir $1 bilion pada tahun 2000. Pada masa yang sama, pengeluaran komponen awal untuk proses CMP itu sendiri (penggantungan zarah nano, unit penggilap) secara semula jadi menjadi sektor bebas pasaran bahan, dan jumlahnya pada tahun 2005 adalah kira-kira $800 juta. Memandangkan aliran berterusan industri semikonduktor ke arah pengecilan dan peningkatan pemprosesan ketepatan, anda boleh yakin bahawa pasaran untuk produk dan perkhidmatan berkaitan CMP akan terus berkembang.

Teknologi-teknologi yang disebutkan di atas diketahui dan telah dilaksanakan, tetapi perlu dinyatakan bahawa proses pengkomersialan dan pembangunan teknikal banyak teknologi lain berdasarkan penggunaan zarah nano sedang dijalankan. Sebagai contoh, profesor Paul Alivisatos (University of California, Berkeley) dan Munji Bawendi (University of Massachusetts) telah mencadangkan proses baharu untuk membuat nanopartikel semikonduktor daripada bahan seperti kadmium selenide (CdSe) dan kadmium telluride (TeSe). Zarah-zarah bahan ini, disalut dengan lapisan zink sulfida, memperoleh keupayaan untuk menyerap cahaya dalam julat panjang gelombang ultraungu dan kemudian memancarkan cahaya dalam julat yang boleh dilihat, yang dikaitkan dengan apa yang dipanggil kesan kurungan kuantum, dan panjang gelombang pelepasan bergantung pada saiz nanopartikel yang digunakan. Sumber sedemikian jauh lebih unggul daripada pemancar yang diketahui (berdasarkan pewarna kimia pendarfluor) dari segi kestabilan dan kecerahan sinaran, tetapi apa yang memberi mereka nilai khusus ialah nanozarah boleh terikat secara kimia kepada protein, oligonukleotida, atau hanya molekul kecil. Nanopartikel memberikan sebatian ini benar-benar baru ciri fungsi dan dengan itu terbuka kepada struktur biologi dan molekul mempunyai prospek yang besar dalam bidang perubatan dan bioteknologi sebagai "tag" pendarfluor. Selain itu, kajian telah menunjukkan bahawa panjang gelombang pancaran nanokristal silikon (kurang daripada 4 nm diameter) dalam julat yang boleh dilihat juga bergantung kepada saiz kristal. Pemancar yang dibuat atas dasar ini ternyata jauh lebih cekap daripada pendarfluor dan sumber lain yang kini digunakan dalam teknologi keadaan pepejal, yang membolehkan mereka menemui banyak aplikasi teknikal. [Nanozarah banyak bahan menunjukkan sepenuhnya sifat yang menakjubkan, membolehkan mereka digunakan sebagai pemangkin, dll. Pembaca boleh membiasakan diri dengan masalah ini dalam artikel oleh F. Ball "Alchemy Baru" dalam jurnal "Kimia dan Kehidupan", No. 1, 2006. Catatan terjemahan]

Apabila saiz kristal semakin berkurangan kepada nanometer, bukan sahaja sifat fizikal tetapi juga sifat kimianya (khususnya, aktiviti pemangkin) berubah dengan ketara. contoh yang cemerlang Apakah yang dimaksudkan dengan tingkah laku emas? Adalah diketahui bahawa dalam keadaan pukal biasa, emas secara kimia adalah unsur yang agak lengai. Walau bagaimanapun, zarah serium dioksida yang dimendapkan pada permukaan emas dalam bentuk bukan logam (dalam bentuk nanocluster) dalam kepekatan yang sangat rendah (kira-kira 0.2–0.9 at.%) menjadi pemangkin yang sangat aktif untuk tindak balas peralihan gas air yang terkenal, di mana karbon monoksida dan air ditukar kepada karbon dioksida dan hidrogen. Tindak balas ini adalah kunci kepada mekanisme tindakan sel bahan api menggunakan bahan api hidrokarbon, yang dalam sel tersebut ditukar kepada produk yang mengandungi hidrogen dan karbon. Impian lama pereka dan pengilang sel bahan api adalah untuk memaksimumkan hasil hidrogen, iaitu, untuk meminimumkan jumlah karbon monoksida yang tidak bertindak balas, yang merupakan "racun pemangkin" tindak balas elektrokatalitik dalam sel itu sendiri. Penggunaan nanopartikel dengan jumlah emas yang ditentukan dan sangat kecil amat bermanfaat dari sudut ekonomi, kerana pemangkin yang digunakan sebelum ini mengandungi logam mulia mencapai 10 pada. %.

Perubahan ketara dalam sifat magnet bahan semasa peralihan kepada skala nano juga membuka prospek yang sangat menarik bagi penyelidik, malah membolehkan harapan untuk kemungkinan mencipta superparamagnet yang dipanggil. Nanopartikel superparamagnetik tanpa ketiadaan medan magnet dan pada suhu di atas titik Curie berkelakuan seperti magnet biasa, iaitu, momen magnet mereka terletak secara rawak, tetapi apabila digunakan. medan luar mereka dengan mudah "berbaris" di sepanjang padang, mencipta keseluruhan yang berkuasa momen magnetik. Mekanisme ini boleh digunakan untuk pelbagai tujuan, termasuk pembentukan imej berdasarkan resonans magnetik(pengimejan resonans magnetik, MRI). Kaedah ini telah diketahui secara teori untuk masa yang lama, tetapi aplikasi praktikalnya terhad oleh fakta bahawa kontras imej yang terhasil disediakan oleh hanya sebilangan kecil bahan semula jadi yang terkandung dalam badan (contohnya, deoxyhemoglobin). Kecekapan kaedah dan kontras imej boleh ditingkatkan dengan ketara melalui penggunaan nanopartikel besi oksida superparamagnet, dipanggil SPION (oksida besi superparamagnetik, SPION). Zarah sedemikian, dibuat berdasarkan magnetit (Fe 3 O 4), maghemit (gamma Fe 2 O 3) atau gabungannya, secara semula jadi mesti disalut dengan lapisan bahan yang meningkatkan kestabilan sistem koloid dan memastikan keserasian biologi dengan badan. Kelebihan kaedah resonans magnetik yang diterangkan ialah ia membolehkan anda mendapatkan imej yang jelas fabrik yang mengandungi sejumlah besar cecair (contohnya, organ yang terjejas atau tumor kanser). Sudah, nanopartikel sedemikian dihasilkan secara komersial oleh beberapa organisasi. Difahamkan bahawa permukaan zarah SPION boleh diubah suai secara kimia untuk memberikan keupayaan untuk berinteraksi dengan agen kontras, tisu tertentu atau jenis sel. Pendekatan ini sangat menjanjikan, yang telah membawa kepada kemunculan bidang pembangunan yang aktif dalam pelbagai penyelidikan bioperubatan.

Dari buku Teknologi maklumat PROSES PENCIPTAAN DOKUMENTASI PENGGUNA PERISIAN pengarang pengarang tidak diketahui

8.2.2.3 Tatabahasa dan penggunaannya Garis panduan tatabahasa bahasa dan gaya penggunaannya hendaklah diberikan Nota - Satu piawaian untuk tatabahasa kebangsaan dan penggunaannya hendaklah ditakrifkan untuk faedah khalayak utama pengguna dalam yang diberikan bahasa.

Daripada buku Mencipta Robot Android dengan Tangan Anda Sendiri oleh Lovin John

Aplikasi robot Jelas bahawa lebih mudah untuk mencipta robot "rumah" yang melakukan satu kerja. Sebagai contoh, hari ini terdapat robot mudah alih kecil yang boleh "secara bebas" memotong rumput di halaman. Robot ini dikuasakan oleh panel solar dan

Daripada buku Sains Bahan: Nota Kuliah pengarang Alekseev Viktor Sergeevich

Aplikasi Otot udara digunakan dalam robotik, biomekanik, penciptaan anggota prostetik tiruan dan industri. Sebab utama mengapa penguji dan penggemar mudah menggunakan otot udara adalah kesederhanaan reka bentuk dan

Dari buku Secret Cars tentera Soviet pengarang Kochnev Evgeniy Dmitrievich

Penggunaan IC UCN-5804 Dalam Rajah. Rajah 10.8 menunjukkan litar kawalan motor stepper menggunakan IC UCN-5804. Denyutan jam dijana menggunakan pemasa IC 555. Kekerapan denyutan jam boleh ditambah atau dikurangkan menggunakan perintang pembolehubah V1. Menukar kekerapan jam

Dari buku Electronic Tricks for Curious Children pengarang Kashkarov Andrey Petrovich

Aplikasi Reka bentuk otot udara menjadikannya sangat sesuai untuk digunakan dalam robotik dan sistem gerakan automatik. Dalam sesetengah kes, mereka boleh menggantikan motor servo atau motor DC. Ciri-ciri unik mereka ialah

Daripada buku Medium Tank Panzer III pengarang Baryatinsky Mikhail

7. Bahan pelapis dan penggunaannya Dalam pembinaan moden, pelbagai jenis bahan pelapis digunakan secara meluas untuk meningkatkan prestasi dan kualiti hiasan bangunan dan semua jenis struktur. Bahan pelapis diperbuat daripada

Daripada buku Nanoteknologi [Sains, Inovasi dan Peluang] oleh Foster Lynn

Pilihan dan penggunaan kenderaan MAZ-535 Traktor balast asas siri 535 yang dihasilkan oleh MAZ dan KZKT telah digunakan sejak akhir 1950-an untuk menunda meriam M-47 152-mm baharu model 1953 dan kereta pengangkut khas berprofil rendah. , di mana dari storan ke

Daripada buku Design Fundamentals. Pemprosesan logam secara artistik [ Tutorial] pengarang Ermakov Mikhail Prokopyevich

2.4.2. Aplikasi praktikal Aplikasi praktikal DP (kecuali untuk pilihan yang dibincangkan di atas) boleh dipelbagaikan Contohnya, penderia kedudukan kepala - apabila memasang DP dalam set kepala motosikal atau dalam aksesori set kepala untuk permainan komputer, atau penderia kecondongan

Daripada buku Medium Tank T-34 pengarang Baryatinsky Mikhail

2.5.5. Sambungan dan aplikasi Input penguat (Rajah 2.9) disambungkan ke terminal tengah perintang boleh ubah RP1 (nama pada papan NS-881), kawalan kelantangan Seperti yang dinyatakan di atas, penggunaannya dalam NS-881 dengan ketara meningkatkan hayat bateri Alternatif kepada yang diterangkan

Dari buku La-5 oleh pengarang

PENGGUNAAN TEmpur Pz.IV, seperti "troikas" pertama, secara rasmi memasuki perkhidmatan dengan tentera pada tahun 1938. Tetapi bukan untuk memerangi unit! Mesin baru tertumpu di pusat-pusat latihan Panzerwaffe, dikendalikan oleh pengajar tangki yang paling berpengalaman. Sepanjang tahun 1938

Dari buku pengarang

13.2.2. Pengeluaran Nanozarah Kaedah untuk pengeluaran nanozarah boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga kumpulan utama, secara tradisinya dipanggil sintesis kering, sintesis basah dan pengilangan kimia. Selain itu, dua kaedah pertama berkaitan dengan apa yang dipanggil pengeluaran bawah ke atas

Dari buku pengarang

13.2.3. tinjauan umum keadaan pengeluaran nanopartikel Penggunaan komersil mana-mana kaedah mestilah wajar dari segi ekonomi. Dalam keadaan makmal, saintis telah dapat membangunkan banyak kaedah yang menarik dan cantik untuk mensintesis serbuk nano, tetapi kebanyakannya

Dari buku pengarang

13.4.1. Penggunaan wayar nano 13.4.1.1. Penderia biologi berdasarkan wayar nano Telah diketahui bahawa cas elektrik banyak biomolekul (termasuk protein dan DNA) berubah bergantung pada keadaan fungsinya, yang boleh digunakan untuk pengesanannya.

Dari buku pengarang

4.17. Aplikasi timbul artistik Pada masa ini, timbul artistik digunakan dalam bidang pengeluaran bersiri atau besar-besaran yang dibuat dengan tuangan. Kadang-kadang ini boleh menjadi perincian kecil - menekankan kelegaan, menekankan elemen individu dengan bahan habis pakai,

Dari buku pengarang

KEGUNAAN TEmpur Kereta kebal T-34 pengeluaran pertama memasuki formasi kereta kebal Tentera Merah pada akhir musim luruh tahun 1940. Walau bagaimanapun, latihan tempur yang dirancang hanya bermula pada musim bunga tahun 1941. Malangnya, semasa pembangunan tangki baru, yang paling secara negatif banyak penyusunan semula terjejas

Dari buku pengarang

Penggunaan tempur La-5 Unit pertama telah dilengkapi semula dengan La-5 pada akhir Julai - awal Ogos 1942. Unit sedia tempur pertama yang pertama ialah 49 IAP 234 IAD dari yang pertama. Tentera Udara Barisan Barat. Rejimen itu juga ditugaskan untuk menjalankan ujian ketenteraan

Nanozarah

Nanozarah

Nanozarah

Struktur berbentuk sfera atau kapsul, saiznya berbeza dari persepuluh hingga 100 nm. Sifat nanopartikel berbeza daripada sifat bahan pukal yang terdiri daripada atom yang sama. Nanozarah termasuk objek yang mengandungi daripada 10 hingga puluhan ribu atom. Serakan saiz yang begitu besar ditentukan oleh hakikat bahawa sukar untuk menetapkan had atas yang jelas pada saiz yang menentukan perubahan dalam ubah bentuk, elektrik, magnet, optik dan sifat-sifat lain objek pepejal bersaiz kecil ini. Banyak nanopartikel mempunyai rongga, iaitu, sejenis takungan di mana agen antitumor, label atau penanda, atau bahan kimia "pelapor" boleh diletakkan, menunjukkan sama ada produk perubatan kesan terapeutik. Ia juga mungkin untuk melekatkan sebarang bahan atau objek pada permukaan nanozarah, contohnya, antibodi, ubat-ubatan, radiofarmaseutikal atau wartawan. Kebanyakan nanopartikel buatan manusia cukup kecil untuk melalui kapilari darah dan memasuki sel.


Kamus penjelasan Inggeris-Rusia mengenai nanoteknologi. - M.. V.V. Arslanov. 2009.

sinonim:

Lihat apa "nanopartikel" dalam kamus lain:

    Nanozarah- (Nanopartikel Inggeris) objek fasa pepejal terpencil yang mempunyai sempadan yang jelas dengan persekitaran, dimensi yang dalam ketiga-tiga dimensi berjulat dari 1 hingga 100 nm. Perihalan Nanopartikel adalah salah satu istilah yang paling biasa untuk ... Wikipedia

    nanozarah- kata nama, bilangan sinonim: 1 zarah (128) Kamus Sinonim ASIS. V.N. Trishin. 2013… kamus sinonim

    nanozarah- Zarah bahan yang dimensinya diukur dalam nanometer Topik bioteknologi EN zarah nano ... Panduan Penterjemah Teknikal

    nanozarah- teknologi zarah nanoteknologi. Sumber: http://www.businesspress.ru/newspaper/article mId 37 aId 422686.html … Kamus singkatan dan singkatan

    nanozarah- 3.7 nanozarah: Pepejal, cecair atau objek berbilang fasa, termasuk mikroorganisma, bersaiz kurang daripada atau sama dengan 100 nm. Sumber…

    nanozarah- Istilah nanopartikel Istilah dalam bahasa Inggeris nanopartikel Sinonim Singkatan Istilah berkaitan bahan "pintar", salutan biokompatibel, sintesis hidroterma, lapisan dua elektrik, aloi pengerasan serakan, kapsid, kelompok... Kamus ensiklopedia nanoteknologi

    nanozarah- zarah nano, s... bersama-sama. Selain. Bertanda sempang.

    nanopartikel buatan buatan- 2.8 nanozarah kejuruteraan: Nanozarah dicipta khas dengan ciri-ciri tertentu. Sumber… Buku rujukan kamus istilah dokumentasi normatif dan teknikal

    GOST R 8.712-2010: Sistem keadaan untuk memastikan keseragaman ukuran. Ciri penyebaran aerosol dan ampaian dalam julat nanometer. Kaedah pengukuran. Peruntukan asas- Terminologi GOST R 8.712 2010: Sistem negeri memastikan keseragaman ukuran. Ciri penyebaran aerosol dan ampaian dalam julat nanometer. Kaedah pengukuran. Peruntukan asas dokumen asal: 3.10 diameter aerodinamik... ... Buku rujukan kamus istilah dokumentasi normatif dan teknikal

    GOST R 54597-2011: Udara di kawasan kerja. Aerosol ultrahalus, aerosol zarah nano dan zarah berstruktur nano. Pencirian dan penilaian pendedahan penyedutan- Terminologi GOST R 54597 2011: Udara kawasan kerja. Aerosol ultrahalus, aerosol zarah nano dan zarah berstruktur nano. Pencirian dan penilaian pendedahan melalui penyedutan dokumen asal: 2.4 aglomerat (aerosol)… … Buku rujukan kamus istilah dokumentasi normatif dan teknikal

Aliran moden ke arah pengecilan telah menunjukkan bahawa bahan boleh mempunyai sifat baru sepenuhnya jika anda mengambil zarah yang sangat kecil bahan ini. Zarah bersaiz antara 1 hingga 100 nanometer biasanya dirujuk sebagai "nopartikel." Sebagai contoh, ternyata nanopartikel beberapa bahan mempunyai sifat pemangkin dan penjerapan yang sangat baik. Bahan lain menunjukkan menakjubkan sifat optik Sebagai contoh, filem ultranipis bahan organik digunakan untuk menghasilkan sel suria. Bateri sedemikian, walaupun ia mempunyai kecekapan kuantum yang agak rendah, adalah lebih murah dan boleh fleksibel secara mekanikal. Ia adalah mungkin untuk mencapai interaksi nanozarah tiruan dengan objek bersaiz nano semula jadi - protein, asid nukleik, dll. Nanozarah yang dimurnikan dengan teliti boleh berhimpun sendiri ke dalam struktur tertentu. Struktur ini mengandungi nanopartikel yang dipesan dengan ketat dan juga sering mempamerkan sifat luar biasa.

Nanoobjek dibahagikan kepada 3 kelas utama: zarah tiga dimensi yang diperolehi oleh letupan konduktor, sintesis plasma, pengurangan filem nipis, dsb.; objek dua dimensi - filem yang dihasilkan oleh pemendapan molekul, CVD, ALD, pemendapan ion, dsb.; objek satu dimensi - misai, objek ini diperoleh dengan kaedah pelapisan molekul, memasukkan bahan ke dalam mikropori silinder, dll. Terdapat juga nanokomposit - bahan yang diperoleh dengan memasukkan nanozarah ke dalam mana-mana matriks. Pada masa ini, hanya kaedah mikrolitografi telah digunakan secara meluas, menjadikannya mungkin untuk mendapatkan objek pulau rata dengan saiz 50 nm pada permukaan matriks; Kaedah CVD dan ALD digunakan terutamanya untuk mencipta filem mikron. Kaedah lain digunakan terutamanya untuk tujuan saintifik. Terutama yang patut diberi perhatian ialah kaedah pelapisan ionik dan molekul, kerana dengan bantuan mereka adalah mungkin untuk membuat lapisan tunggal sebenar.

Kelas khas terdiri daripada nanozarah organik kedua-dua asal semula jadi dan buatan.

Definisi dan istilah

Takrifan nanoteknologi yang sering digunakan sebagai satu set kaedah untuk bekerja dengan objek yang lebih kecil daripada 100 nanometer tidak menggambarkan dengan tepat kedua-dua objek dan perbezaan antara teknologi nano dan teknologi tradisional dan disiplin saintifik. Objek nanoteknologi, di satu pihak, boleh mempunyai dimensi ciri julat yang ditentukan:

  • zarah nano, serbuk nano (objek yang tiga saiz cirinya berada dalam julat sehingga 100 nm);
  • nanotiub, nanofibers (objek yang dua saiz cirinya berada dalam julat sehingga 100 nm);
  • nanofilm (objek dengan satu saiz ciri dalam julat sehingga 100 nm).

Sebaliknya, objek nanoteknologi boleh menjadi objek makroskopik, struktur atom yang terkawal dicipta dengan resolusi pada tahap atom individu.

Nanoteknologi secara kualitatif berbeza daripada disiplin tradisional, kerana pada skala sedemikian, teknologi makroskopik biasa untuk mengendalikan bahan selalunya tidak boleh digunakan, dan fenomena mikroskopik, yang lemah pada skala biasa, menjadi lebih ketara: sifat dan interaksi atom dan molekul individu atau agregat molekul, kesan kuantum.

Dari segi praktikal, ini adalah teknologi untuk penghasilan peranti dan komponennya yang diperlukan untuk penciptaan, pemprosesan dan manipulasi atom, molekul dan zarah yang saiznya berkisar antara 1 hingga 100 nanometer. Walau bagaimanapun, nanoteknologi kini berada di peringkat awal pembangunan, kerana penemuan utama yang diramalkan dalam bidang ini masih belum dibuat. Namun begitu, penyelidikan berterusan sudah pun membuahkan hasil yang praktikal. Penggunaan nanoteknologi canggih hasil saintifik membolehkan kita mengklasifikasikannya sebagai teknologi tinggi.

Apabila bekerja dengan dimensi kecil sedemikian, kesan kuantum dan kesan interaksi antara molekul, seperti interaksi van der Waals, muncul. Nanoteknologi dan, khususnya, teknologi molekul- kawasan baru, sangat sedikit yang diterokai. Pembangunan elektronik moden sedang bergerak ke arah mengurangkan saiz peranti. Di sebelah sana, kaedah klasik pengeluaran menghampiri halangan ekonomi dan teknologi semulajadi, apabila saiz peranti tidak berkurangan banyak, tetapi kos ekonomi meningkat dengan pesat. Nanoteknologi adalah langkah logik seterusnya dalam pembangunan elektronik dan industri teknologi tinggi yang lain.

cerita

Banyak sumber, terutamanya yang berbahasa Inggeris, mengaitkan sebutan pertama kaedah yang kemudiannya dipanggil nanoteknologi dengan ucapan terkenal Richard Feynman "Terdapat Banyak Ruang di Bawah," yang dibuat olehnya pada tahun 1959 di California Institute of Technology pada mesyuarat tahunan daripada Persatuan Fizikal Amerika. Richard Feynman mencadangkan bahawa adalah mungkin untuk menggerakkan atom tunggal secara mekanikal menggunakan manipulator dengan saiz yang sesuai, sekurang-kurangnya proses sedemikian tidak akan bercanggah dengan undang-undang fizik yang diketahui hari ini.

Dia mencadangkan melakukan manipulator ini dengan cara berikut. Ia adalah perlu untuk membina mekanisme yang akan mencipta salinan dirinya sendiri, hanya susunan magnitud yang lebih kecil. Mekanisme yang lebih kecil yang dicipta mesti sekali lagi mencipta salinan dirinya, sekali lagi susunan magnitud yang lebih kecil, dan seterusnya sehingga dimensi mekanisme itu sepadan dengan dimensi susunan satu atom. Dalam kes ini, adalah perlu untuk membuat perubahan dalam struktur mekanisme ini, kerana daya graviti yang bertindak dalam makrokosmos akan mempunyai pengaruh yang semakin kurang, dan daya interaksi antara molekul dan daya van der Waals akan semakin mempengaruhi operasi mekanisme tersebut. Peringkat terakhir - mekanisme yang terhasil akan memasang salinannya daripada atom individu. Pada dasarnya, bilangan salinan tersebut adalah tidak terhad; Mesin ini akan dapat memasang makro-benda dengan cara yang sama, dengan pemasangan atom. Ini akan menjadikan perkara lebih murah - robot tersebut (nanorobots) perlu diberikan hanya bilangan molekul dan tenaga yang diperlukan, dan tulis program untuk memasang item yang diperlukan. Setakat ini, tiada siapa yang dapat menyangkal kemungkinan ini, tetapi masih belum ada yang berjaya mencipta mekanisme sedemikian. Kelemahan asas robot sedemikian adalah kemustahilan asas untuk mencipta mekanisme daripada satu atom.

Idea yang dikemukakan oleh Feynman dalam syarahannya tentang cara mencipta dan menggunakan manipulator sedemikian hampir bertepatan secara tekstual dengan cerita yang hebat"Mikroruki" penulis Soviet terkenal Boris Zhitkov, diterbitkan pada tahun 1931. Tetapi bukan sahaja. Dalam karya terkenal penulis Rusia N. Leskov "Lefty" terdapat serpihan yang menarik:

"Sekiranya," katanya, "ada mikroskop yang lebih baik, yang membesar lima juta kali, maka anda akan berbesar hati," katanya, "untuk melihat bahawa pada setiap kasut kuda nama artis dipaparkan: tuan Rusia yang membuat kasut kuda itu. .”

Pembesaran 5,000,000 kali disediakan oleh mikroskop elektron dan daya atom moden, yang dianggap sebagai alat utama nanoteknologi, oleh itu wira sastera Lefty boleh dianggap sebagai ahli nanoteknologi pertama dalam sejarah.

Istilah "teknologi nano" pertama kali digunakan oleh Norio Taniguchi pada tahun 1974. Beliau menggunakan istilah ini untuk menerangkan pengeluaran produk dalam saiz beberapa nanometer. Pada 1980-an, istilah ini digunakan oleh Eric K. Drexler dalam bukunya Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation. Tempat utama dalam penyelidikannya dimainkan oleh pengiraan matematik, dengan bantuan yang mungkin untuk menganalisis operasi peranti beberapa nanometer dalam saiz. Pada dasarnya, penciptaan nanomanipulator boleh membawa kepada senario "enapcemar kelabu".

Peruntukan asas

Mikroskopi daya atom

Salah satu kaedah yang digunakan untuk mengkaji objek nano ialah mikroskopi daya atom. Menggunakan mikroskop daya atom (AFM), anda bukan sahaja dapat melihat atom individu, tetapi juga mempengaruhinya secara selektif, khususnya, menggerakkan atom di sepanjang permukaan. Para saintis telah berjaya mencipta struktur nano dua dimensi pada permukaan menggunakan kaedah ini. Contohnya, dalam Pusat Penyelidikan IBM, dengan menggerakkan atom xenon secara berurutan pada permukaan kristal tunggal nikel, pekerja dapat meletakkan tiga huruf logo syarikat menggunakan 35 atom xenon (D. M. Eigler, E. K. Schweizer, Nature, vol. 344, hlm. 524, 1990 ).

Apabila melakukan manipulasi sedemikian, beberapa masalah teknikal timbul. Khususnya, adalah perlu untuk mencipta keadaan vakum ultra-tinggi (10-11 torr), perlu untuk menyejukkan substrat dan mikroskop kepada suhu ultra-rendah (4-10 K), permukaan substrat mestilah bersih secara atom. dan halus secara atom, yang mana ia digunakan kaedah khas persiapan dia. Substrat disejukkan untuk mengurangkan resapan permukaan atom termendap.

Penyusunan sendiri zarah nano

Salah satu soalan paling penting yang dihadapi teknologi nano ialah bagaimana untuk memaksa molekul untuk berkumpul dengan cara tertentu, untuk mengatur sendiri, untuk akhirnya mendapatkan bahan atau peranti baru. Masalah ini ditangani oleh cabang kimia—kimia supramolekul. Ia bukan mengkaji molekul individu, tetapi interaksi antara molekul, yang, apabila disusun dengan cara tertentu, boleh menimbulkan bahan baru. Adalah menggalakkan bahawa sistem yang serupa dan proses yang serupa sebenarnya wujud dalam alam semula jadi. Oleh itu, biopolimer dikenali yang boleh menyusun ke dalam struktur khas. Satu contoh ialah protein, yang bukan sahaja boleh dilipat menjadi bentuk globular, tetapi juga membentuk kompleks - struktur yang merangkumi beberapa molekul protein (protein). Sudah ada kaedah sintesis yang menggunakan sifat khusus molekul DNA. DNA pelengkap diambil, molekul A atau B disambungkan ke salah satu hujung Kami mempunyai 2 bahan: —-A dan —-B, di mana —- ialah imej simbolik molekul tunggal DNA. Sekarang, jika anda mencampurkan 2 bahan ini, antara dua helai DNA tunggal, ikatan hidrogen, yang akan menarik molekul A dan B antara satu sama lain. Mari kita gambarkan secara kasar sambungan yang terhasil: ====AB. Molekul DNA boleh dikeluarkan dengan mudah selepas proses selesai.

Masalah pembentukan aglomerat

Zarah dalam susunan nanometer dalam saiz, atau nanopartikel seperti yang dipanggil dalam kalangan saintifik, mempunyai satu sifat yang sangat menghalang penggunaannya. Mereka boleh membentuk aglomerat, iaitu, melekat antara satu sama lain. Oleh kerana nanopartikel menjanjikan dalam industri seramik dan metalurgi, masalah ini mesti diselesaikan. Satu penyelesaian yang mungkin ialah penggunaan bahan penyebar, seperti ammonium sitrat (larutan berair), imidazolin, alkohol oleik (tidak larut dalam air). Mereka boleh ditambah kepada medium yang mengandungi nanopartikel. Ini dibincangkan dengan lebih terperinci dalam sumber “Organik Aditif Dan Pemprosesan Seramik, D. J. Shanefield, Kluwer Academic Publ., Boston (Bahasa Inggeris).

Pencapaian terkini

Bahan nano

Bahan yang dibangunkan berdasarkan nanopartikel dengan ciri unik, terhasil daripada saiz mikroskopik komponennya.

  • Karbon nanotiub ialah struktur silinder lanjutan dengan diameter dari satu hingga beberapa puluh nanometer dan panjang sehingga beberapa sentimeter, terdiri daripada satu atau beberapa satah grafit heksagon (graphenes) yang digulung ke dalam tiub dan biasanya berakhir dengan kepala hemisfera.
  • Fullerene ialah sebatian molekul yang tergolong dalam kelas bentuk alotropik karbon (yang lain ialah berlian, karbin dan grafit) dan polihedra tertutup cembung yang terdiri daripada bilangan atom karbon trikoordinat genap.
  • Graphene ialah satu lapisan atom karbon yang diperolehi pada Oktober 2004 di The University Of Manchester. Graphene boleh digunakan sebagai pengesan molekul (NO2), membolehkan seseorang mengesan kedatangan dan pemergian molekul tunggal. Graphene mempunyai mobiliti yang tinggi pada suhu bilik, kerana itu, sebaik sahaja masalah pembentukan jurang jalur dalam semimetal ini diselesaikan, graphene sedang dibincangkan sebagai bahan yang menjanjikan yang akan menggantikan silikon dalam litar bersepadu.
  • Nanobateri - pada awal tahun 2005, Altair Nanotechnologies (USA) mengumumkan penciptaan bahan nanoteknologi inovatif untuk elektrod bateri litium-ion. Bateri dengan elektrod Li4Ti5O12 mempunyai masa pengecasan selama 10-15 minit. Pada Februari 2006, syarikat itu mula mengeluarkan bateri di kilang Indiananya. Pada Mac 2006, Altairnano dan Boshart Engineering telah menandatangani perjanjian untuk bersama-sama membangunkan kenderaan elektrik. Pada Mei 2006, ujian bateri nano kereta telah berjaya diselesaikan. Pada Julai 2006, Altair Nanotechnologies menerima tempahan pertamanya untuk membekalkan bateri litium-ion untuk kenderaan elektrik.

Perubatan nano dan industri kimia

Satu hala tuju dalam perubatan moden berdasarkan penggunaan sifat unik bahan nano dan objek nano untuk mengesan, mereka bentuk dan mengubah suai sistem biologi manusia pada tahap nanomolekul.

  • Nanoteknologi DNA - menggunakan asas khusus molekul DNA dan asid nukleik untuk mencipta struktur yang jelas berdasarkan asasnya.
  • Sintesis industri molekul ubat dan persediaan farmakologi dalam bentuk yang jelas (bis-peptida).

Komputer dan mikroelektronik

  • Unit pemprosesan pusat - Pada 15 Oktober 2007, Intel mengumumkan pembangunan pemproses prototaip baharu yang mengandungi elemen struktur terkecil berukuran kira-kira 45 nm. Pada masa hadapan, syarikat itu berhasrat untuk mencapai saiz elemen struktur sehingga 5 nm. Pesaing utama Intel, AMD, juga telah lama menggunakan proses nanoteknologi yang dibangunkan bersama IBM untuk menghasilkan pemprosesnya. Perbezaan ciri daripada perkembangan Intel ialah penggunaan lapisan SOI penebat tambahan, yang menghalang kebocoran semasa akibat penebat tambahan struktur yang membentuk transistor. Terdapat sampel pemproses yang berfungsi dengan transistor 45 nm dan prototaip dengan 32 nm;
  • Pemacu keras - pada tahun 2007, Peter Grunberg dan Albert Furth menerima Hadiah Nobel dalam Fizik untuk penemuan kesan GMR, yang membolehkan data direkodkan pada cakera keras dengan ketumpatan maklumat atom;
  • Mikroskop daya atom ialah mikroskop probe pengimbasan resolusi tinggi berdasarkan interaksi jarum julur (probe) dengan permukaan sampel yang dikaji. Lazimnya, interaksi merujuk kepada tarikan atau tolakan julur dari permukaan akibat daya van der Waals. Tetapi apabila menggunakan julur khas, adalah mungkin untuk mengkaji sifat elektrik dan magnet permukaan. Tidak seperti mikroskop terowong pengimbasan (STM), ia boleh memeriksa kedua-dua permukaan pengalir dan bukan pengalir walaupun melalui lapisan cecair, yang memungkinkan untuk bekerja dengan molekul organik (DNA). Resolusi spatial mikroskop daya atom bergantung pada saiz julur dan kelengkungan hujungnya. Resolusi mencapai atom secara mendatar dan ketara melebihinya secara menegak;
  • Antena pengayun - Pada 9 Februari 2005, antena pengayun dengan dimensi kira-kira 1 mikron telah diperolehi di makmal Universiti Boston. Peranti ini mempunyai 5,000 juta atom dan mampu berayun pada frekuensi 1.49 gigahertz, yang membolehkan ia menghantar sejumlah besar maklumat;
  • Plasmon ialah getaran kolektif elektron bebas dalam logam. Ciri khas pengujaan plasmon boleh dianggap sebagai resonans plasmon, yang pertama kali diramalkan oleh Mie pada awal abad ke-20. Panjang gelombang resonans plasmon, sebagai contoh, untuk zarah perak sfera dengan diameter 50 nm adalah lebih kurang 400 nm, yang menunjukkan kemungkinan merekodkan nanozarah jauh melebihi had pembelauan (panjang gelombang sinaran jauh lebih besar daripada saiz zarah). Pada awal tahun 2000, terima kasih kepada kemajuan pesat dalam teknologi pembuatan zarah bersaiz nano, dorongan diberikan kepada pembangunan bidang nanoteknologi baru - nanoplasmonik. Ternyata mungkin untuk menghantar sinaran elektromagnet di sepanjang rantaian nanozarah logam menggunakan pengujaan ayunan plasmon.

Robotik

  • Rotor molekul ialah motor skala nano sintetik yang mampu menjana tork apabila tenaga yang mencukupi digunakan padanya;
  • Nanorobots ialah robot yang dicipta daripada bahan nano dan saiz yang setanding dengan molekul, dengan fungsi pergerakan, pemprosesan dan penghantaran maklumat, dan pelaksanaan program. Nanorobots mampu mencipta salinan diri mereka sendiri, i.e. pembiakan sendiri dipanggil replikator. Kemungkinan mencipta nanorobots telah dibincangkan dalam bukunya "Machines of Creation" oleh saintis Amerika Eric Drexler. Pada masa ini, peranti nano elektromekanikal dengan mobiliti terhad telah pun dicipta, yang boleh dianggap sebagai prototaip nanorobots;
  • Kipas molekul ialah molekul bersaiz nano dalam bentuk skru, mampu melakukan pergerakan putaran kerana bentuk khasnya, serupa dengan bentuk skru makroskopik;
  • Sejak tahun 2006, dalam rangka projek RoboCup (bola sepak di kalangan robot), pencalonan "Pertandingan Nanogram" telah muncul, di mana padang permainan adalah persegi dengan sisi 2.5 mm. Saiz pemain maksimum adalah terhad kepada 300 mikron.

industri nanoteknologi

Pada tahun 2004, pelaburan global dalam pembangunan nanoteknologi meningkat hampir dua kali ganda berbanding tahun 2003 dan mencecah $10 bilion Penderma persendirian—syarikat dan yayasan—mencapai kira-kira $6.6 bilion dalam pelaburan. Agensi-agensi kerajaan- kira-kira $3.3 bilion Pemimpin dunia dari segi jumlah pelaburan dalam bidang ini ialah Jepun dan Amerika Syarikat. Jepun meningkatkan perbelanjaan untuk pembangunan nanoteknologi baharu sebanyak 126% berbanding tahun 2003 (jumlah pelaburan berjumlah $4 bilion), AS - sebanyak 122% ($3.4 bilion). Pada masa ini (2008), pembiayaan Rusia untuk pembangunan nanoteknologi telah mencapai tahap Amerika Syarikat kira-kira, 1945-1955.

Perbadanan Negeri "Perbadanan Nanoteknologi Rusia" (RUSNANO)

RUSNANO ialah projek negeri berskala besar, matlamat akhir yang merupakan pemindahan negara ke laluan pembangunan yang inovatif dan kemasukan Rusia ke dalam barisan peneraju dalam pasaran nanoteknologi global. Hari ini Perbadanan telah menumpukan beberapa pakar terbaik di negara ini yang mampu menubuhkan kerjasama yang saling menguntungkan antara sains, perniagaan dan kerajaan. Ini adalah syarat utama untuk berjaya.

A.B. Chubais, Ketua Pengarah RUSNANO

Perbadanan Nanoteknologi Rusia telah diasaskan pada tahun 2007. undang-undang persekutuan No. 139-FZ untuk pelaksanaan dasar awam dalam bidang nanoteknologi.

Perbadanan menyelesaikan masalah ini dengan bertindak sebagai pelabur bersama dalam projek nanoteknologi yang mempunyai potensi ekonomi atau sosial yang ketara. Penyertaan kewangan perbadanan dalam peringkat awal projek mengurangkan risiko rakan kongsi pelabur swastanya.

Perbadanan itu terlibat dalam penciptaan infrastruktur nanoteknologi, seperti pusat penggunaan kolektif, inkubator perniagaan dan dana pelaburan awal. Untuk menyokong projek yang dibiayai, Perbadanan melaksanakan saintifik dan program pendidikan, dan juga mempopularkan penyelidikan dan pembangunan nanoteknologi. Perbadanan memilih bidang keutamaan pelaburan berdasarkan ramalan jangka panjang pembangunan (pandangan jauh), dalam pembangunan yang Perbadanan menarik pakar terkemuka Rusia dan dunia.

Menyokong kemasukan syarikat Rusia ke pasaran asing dan mengukuhkan faedah bersama mereka hubungan antarabangsa, Perbadanan sedang membangunkan kerjasama dengan pusat nanoteknologi terkemuka dunia dan menganjurkan acara tahunan forum antarabangsa mengenai nanoteknologi.



© 2024 netdenegnakino.ru - Tidak untuk berdua. Kimia. Fizik. Ejaan. Geografi